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來源：內容來自半導體行業觀察綜合。

位于布魯克林的美國新創公司Nanotronics 正在打造名為Cubefabs 的模組化晶圓廠，旨在透過小規模、高彈性與AI 自動化，重塑全球半導體制造格局。首座Cubefab 預計在18 個月內于紐約啟用，總建廠時間不到一年，設置成本僅約3,000–4,000 萬美元，遠低于傳統晶圓廠所需數十億資本支出。

每座模組化廠房大小在2.5 萬至6 萬平方英尺（約7,700–1.85 萬㎡）之間，由「中央主體（cube）」與多個「生產花瓣（petal）」組成，可按需擴充，每加一個petal，產能就增加而系統不停機。僅需37 人即可運營一座工廠，四座模組化廠合計約180 名操作人員，省去傳統產線龐大人力成本。

Cubefabs 核心為AI 驅動的制程智能監控系統，建于Nanotronics 自行開發的defect?detection 檢測工具之上。利用導入Nvidia GPU 的AI 模組，工廠能實時監測制程數據，自適應調整溫控與機臺參數，大幅提升良率與產能。

Nanotronics 以制造功率元件為切入點，首批產品包括高壓power switch 與用于資料中心與電動車的電力逆變器晶片，采用氧化鎵（gallium oxide）與碳化硅等寬能隙材料，特性比傳統硅材質更適合高效應用。

美國正在崛起的新晶圓廠

在布魯克林海軍造船廠（曾是紐約市造船業的中心）的一棟經過改造的建筑內，初創公司 Nanotronics 正在制定下一代芯片制造設施的計劃。

該公司雄心勃勃的核心是所謂的“Cubefab”，這是一個模塊化芯片制造設施，捆綁了人工智能驅動的軟件，可以運輸到任何地方并在現場組裝。這家成立 14 年的公司表示，Cubefab 可以在一年內建成并投入運營，幾乎可以在任何地點生產半導體。

Nanotronics 已從包括 Peter Thiel 的 Founders Fund 和英特爾已故聯合創始人 Gordon Moore 在內的投資者那里籌集了約 1.62 億美元，今年將向中東的一位客戶交付其首臺 Cubefab，目標是在 2025 年之前投入運營。

“能夠形成完整的供應鏈閉環至關重要，”該公司聯合創始人兼首席執行官馬修·普特曼 (Matthew Putman) 表示。“這樣你就能把芯片送到你需要的地方。”

由于全球芯片產能已達到極限，新建生產設施的競爭已拉開帷幕。制造芯片的制造工廠（或稱晶圓廠）規模龐大，需要耗費數年時間、數十億美元以及數百英畝甚至更多的土地才能建成。

Nanotronics 的立方體晶圓廠 (Cubefabs) 僅占地兩英畝，或許是啟動芯片制造的一種途徑——尤其是在美國，美國正斥資數十億美元來鞏固國內制造業并保障芯片供應。該公司以及已經獲得資金在美國建設芯片工廠的芯片制造商，可能成為近 530 億美元《芯片保護與信息與通信技術法案》(CHIPS Act) 資助的受益者。

Cubefabs建成后，可能成為美國首批用于商業用途的預制半導體晶圓廠。Forrester分析師Glenn O’Donnell表示：“建造一座小型晶圓廠的成本和時間相對較短。”

Putman表示，小型芯片晶圓廠還能讓研究機構、大學和企業在附近進行芯片制造。

雖然 Nanotronics 尚未獲得美國客戶，但所有設計和科研工作均在其位于布魯克林海軍造船廠的總部進行。該造船廠是一座天花板接近 70 英尺（約 21 米）的建筑群，建于美國內戰末期，用于造船。

Nanotronics 由普特曼和他的父親約翰于 2010 年在俄亥俄州創立，最初致力于制造人工智能顯微鏡和機器人，用于掃描和發現航空航天、汽車和半導體設備中的缺陷。該公司表示，檢測系統是其業務的主要部分，目前已有超過 200 個客戶安裝了該系統。

普特曼表示，2020 年，Nanotronics 從海軍造船廠內一個共享的跨學科空間“新實驗室”搬遷至其自有的 45,000 平方英尺（約 4300 平方米）的 20 號樓，該樓由紐約建筑公司 Rogers Partners 使用預制部件進行了改造。

該公司表示，該建筑仍然保留著造船時代的橫梁，曾經用于為船舶提供鐵質裝甲，以及運輸船舶和潛艇的大型機械部件。

Nanotronics 的晶圓廠專為生產專用電源芯片而設計，而非像臺積電這樣的大型晶圓廠生產的先進圖形處理器 (GPU) 和其他微處理器。

Putman 表示，Cubefabs 工廠將主要生產數據中心的電力路由交換機（這些交換機是維持數據中心設施內人工智能電力供應所必需的），以及電動汽車的電源逆變器。

Forrester 的 O’Donnell 表示，這類芯片就像半導體中“丑陋的繼子”。它們需求旺盛，應用范圍廣泛，但尚未像微處理器或 GPU 那樣受到廣泛關注。

Putman 表示，Nanotronics 的晶圓廠面積約為 1,715 平方米，四個獨立的晶圓廠以四葉草的形式排列，構成一個 Cubefab，中心是一個服務立方體，里面設有行政辦公室、員工區和公共設施入口。一個包含四座晶圓廠的Cubefab占地7,510平方米，最多需要10英畝的土地。

Nanotronics的每座晶圓廠都擁有兩個所謂的潔凈室，即用于生產制造的無塵空間，造價約為2,000萬美元。Nanotronics表示，每個潔凈室面積約為172平方米，由涂層鋁等靜電放電防護材料制成。這些模塊化晶圓廠部件大部分由結構鋼管和波紋鋼包層組成，可以裝入平板卡車或40英尺長的集裝箱。

中央服務立方體包含少量可運行基于AI軟件的Nvidia GPU。“從半導體芯片本身的開發到封裝，所有工作都在這些晶圓廠完成，”Putman說道。

Putman 表示，人工智能是 Cubefab 運營的關鍵要素——它實現了大部分復雜工藝工程的自動化，而這些工程原本需要大約一百名高技能工人才能完成。“我們可以將 Cubefab 建在沒有半導體基礎設施的地區，并使其快速投入運營。”

得益于人工智能，一個晶圓廠只需三十幾名具備工廠經驗的工人即可在新地點運營。該公司表示，一個擁有四座晶圓廠的工廠最多需要 174 名工人。

人工智能能夠動態審查制造流程，并在此過程中對溫度和其他因素進行修正。“晶圓生產出來時，”他說道，“上面沒有任何缺陷。”

芯片本身由碳化硅和氧化鎵等材料組合而成。氧化鎵是一種可以在微芯片上進行圖案化的半導體材料，但尚未實現商業規模化生產。Putman 表示，現在的關鍵區別在于，人工智能已經成熟，能夠實現氧化鎵基芯片生產的“閉環”。

幾十年來，科學家們一直在研究替代硅或與硅協同作用的材料，例如過渡金屬二硫化物。氧化鎵的熱性能使其比硅更節能，非常適合電動汽車或發電站等應用。

麥肯錫高級合伙人比爾·懷斯曼 (Bill Wiseman) 表示，雖然預制方法在臺灣和韓國的晶圓廠建設中很常見，但在美國卻并不常見。美國的晶圓廠往往是定制化的，節省的勞動力成本通常會被物流成本抵消。波士頓咨詢集團董事總經理兼合伙人高拉夫·坦貝 (Gaurav Tembey) 表示，對于目前建造的大多數晶圓廠而言，建設成本僅占總成本的 20% 左右。

然而，選址仍可能具有挑戰性。Forrester 的奧唐納 (O’Donnell) 表示，存在將化學品引入現場環境的問題，這要求客戶遵守當地法規。

Nanotronics 首席運營官詹姆斯·威廉姆斯 (James Williams) 表示，公司已指導客戶選擇立方體晶圓廠 (Cubefab) 的最佳位置，該位置電力和水源供應穩定。立方體晶圓廠平均每天需要 800 加侖水。一座晶圓廠的用電量為 2.7 兆瓦，四座晶圓廠則需要 8.7 兆瓦。

普特曼表示，在將部件發貨并為當地操作員提供初步培訓后，客戶會向 Nanotronics 支付一定費用，以使用其硬件和基于人工智能的軟件。該公司表示，根據傳感器流的數量和數據量，其人工智能套件的價格在 40 萬至 300 萬美元之間。該公司還與客戶采用收益分成模式，并專注于在非洲和全球南部地區部署立方體工廠 (Cubefab)。

“我喜歡對立方體工廠所能制造的一切抱有遠大的夢想，”普特曼說，“并將其作為未來生產方式的典范。”

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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